JP4671016B2 - 熱硬化性組成物、固体撮像素子のハレーション防止膜およびその形成方法、ならびに固体撮像素子 - Google Patents
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Description
また、近年、自動車にCCDカメラを搭載し運転の補助とする技術が検討されているが、その用途に用いられるCCDカメラは、従来のものより過酷な使用条件の下で使用されるため、さらに高温の成形工程が必要となり230℃以上の高温に耐えうるハレーション防止膜が求められるようになっている。
[1]基板上に上記の熱硬化性組成物の塗膜を形成する工程。
[2]該塗膜を加熱処理する工程。
本発明で用いられる重合体は、(1)エポキシ基、(2)放射線吸収性基並びに(3)カルボン酸のアセタールエステル構造、カルボン酸のケタールエステル構造およびカルボン酸のチオアセタールエステル構造よりなる群から選ばれる少なくとも1種の構造を有する。
が用いられる。
2,3−ジ−トリメチルシラニルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−トリエチルシラニルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−t−ブチルジメチルシラニルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−トリメチルゲルミルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−トリエチルゲルミルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−t−ブチルジメチルゲルミルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−t−ブチルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−ベンジルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−テトラヒドロフラン−2−イルオキシカルボニル−5−ノルボルネン
2,3−ジ−テトラヒドロピラン−2−イルオキシカルボニル−5−ノルボルネン
2,3−ジ−シクロブチルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−シクロペンチルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−シクロヘキシルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−シクロヘプチルオキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−1−メトキシエトキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−1−t−ブトキシエトキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−1−ベンジルオキシエトキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−(シクロヘキシル)(エトキシ)メトキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−1−メチル−1−メトキシエトキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−1−メチル−1−i−ブトキシエトキシカルボニル−5−ノルボルネン、
2,3−ジ−(ベンジル)(エトキシ)メトキシカルボニル−5−ノルボルネン等;
アクリル酸アルキルエステルとして、例えばメチルアクリレート、イソプロピルアクリレートなど;
アクリル酸アリールエステルとして、例えばフェニルアクリレート、ベンジルアクリレートなど;
ジカルボン酸ジエステルとして、例えばマレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジエチルなど;
ジカルボニルイミド誘導体として、例えばフェニルマレイミド、ベンジルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−スクシンイミジル−3−マレイミドベンゾエート、N−スクシンイミジル−4−マレイミドブチレート、N−スクシンイミジル−6−マレイミドカプロエート、N−スクシンイミジル−3−マレイミドプロピオネート、N−(9−アクリジル)マレイミドなど;
芳香族不飽和化合物として、例えばスチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、p−メトキシスチレンなど;
共役ジエンとして、例えば1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエンなど;
エーテル類として、例えばテトラヒドロフランなど;
グリコールエーテル類として、例えばエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルなど;
ジエチレングリコールモノアルキルエーテル類として、例えばジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなど;
ジエチレングリコールジアルキルエーテル類として、例えばジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテルなど;
プロピレングリコールアルキルエーテルアセテート類として、例えばプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールブチルエーテルアセテートなど;
芳香族炭化水素類として、例えばトルエン、キシレンなど;
ケトン類として、例えばメチルエチルケトン、シクロヘキサノン、4−ヒドロキシ−4−メチル−2−ペンタノン、メチルイソアミルケトンなど;
スチレン/テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル(メタ)アクリレート/フェニルマレイミド/(メタ)アクリル酸グリシジル/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体、
スチレン/1−(シクロヘキシルオキシ)エチル(メタ)アクリレート/シクロヘキシルマレイミド/(メタ)アクリル酸グリシジル/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体、
スチレン/2,3−ジ−テトラヒドロピラン−2−イルオキシカルボニル−5−ノルボルネン/シクロヘキシルマレイミド/(メタ)アクリル酸グリシジル/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体、
ブタジエン/テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン−8−イル/(メタ)アクリル酸グリシジル/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体、
スチレン/テトラヒドロ−2H−ピラン−2−イル(メタ)アクリレート/(メタ)アクリル酸メチル/(メタ)アクリル酸グリシジル/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体、
スチレン/テトラヒドロ−2H―ピラン−2−イル(メタ)アクリレート/フェニルマレイミド/(メタ)アクリル酸グリシジル/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体、
スチレン/1−(シクロヘキシルオキシ)エチル(メタ)アクリレート/シクロヘキシルマレイミド/(メタ)アクリル酸グリシジル/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体、
スチレン/2,3−ジ−テトラヒドロピラン−2−イルオキシカルボニル−5−ノルボルネン/シクロヘキシルマレイミド/(メタ)アクリル酸グリシジル/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体、
が挙げられる。
また、本発明において、(a3−1)不飽和多価カルボン酸無水物を共重合させた共重合体中の酸無水物基に、ビニルエーテル化合物またはビニルチオエーテル化合物を、酸触媒の不存在下、室温〜100℃程度の温度で付加させることにより得られる付加共重合体[B]は、前記共重合体[A]の等価物として用いることができる。
等を挙げることができる。
これらの(a3−1)のうち、特に、無水マレイン酸が好ましい。これらの好ましい(a3−1)は、共重合反応性が高く、また得られる保護膜の耐熱性や表面硬度を高めるのに有効である。これらは単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
ビニルエーテル化合物としては、例えば、メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、i−プロピルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、i−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、n−ペンチルビニルエーテル、2−ペンチルビニルエーテル、3−ペンチルビニルエーテル、i−ペンチルビニルエーテル、neo−ペンチルビニルエーテル、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン、3,4−ジヒドロ−2−メトキシ−2H−ピランなどが挙げられ、好ましくはエチルビニルエーテル、i−プロピルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、i−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、3,4−ジヒドロ−2H−ピランなどが挙げられる。
ビニルエーテルあるいはビニルチオエーテルの量が1.8倍モル未満だと保存安定性が悪くなり、また、2.5倍モルを超えると得られる組成物の硬度が低くなる。
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水マレイン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にエチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水マレイン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にn−プロピルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水マレイン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にn−ブチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水マレイン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にt−ブチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水イタコン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にエチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水イタコン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体に3,4−ジヒドロ−2H−ピランを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水シトラコン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にi−プロピルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/シス−1,2,3,4−テトラヒドロフタル酸無水物/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にエチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/シス−1,2,3,4−テトラヒドロフタル酸無水物/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体に3,4−ジヒドロ−2H−ピランを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体や、これらの共重合体で各ビニルエーテルの代わりにそれぞれ対応するチオエーテルを付加させた共重合体
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水マレイン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にエチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水マレイン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にn−プロピルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水マレイン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にn−ブチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水イタコン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にエチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/無水イタコン酸/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体に3,4−ジヒドロ−2H−ピランを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/シス−1,2,3,4−テトラヒドロフタル酸無水物/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にエチルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体、
(メタ)アクリル酸グリシジル/シス−1,2,3,4−テトラヒドロフタル酸無水物/N−シクロヘキシルマレイミド/スチレン/(単量体a2−1または単量体a2−2)共重合体にi−プロピルビニルエーテルを酸無水物基に対して2倍モル付加させた共重合体
等である。
本発明の硬化性組成物は、上述した共重合体[A]または付加共重合体[B]を必須成分とするものであるが、必要に応じて、その他の成分を含有することができる。このようなその他の成分としては、例えば接着助剤、硬化促進剤、界面活性剤、紫外線吸収剤等を挙げることができる。
接着助剤は、形成されるハレーション防止膜と基板との密着性を向上させるために添加することができる。
硬化促進剤は、共重合体[A]または付加共重合体[B]の反応を促進させるために添加することができる。このような硬化促進剤としては例えば2級窒素原子または3級窒素原子を含むヘテロ環構造を有する化合物を挙げることができる。
界面活性剤は、組成物の塗布性を向上するために添加することができる。
ノニオン系界面活性剤としては、共栄社化学(株)社製 商品名:(メタ)アクリル酸系共重合体ポリフローNo.57、同No.90、同No.95等を挙げることができる。
本発明の熱硬化性組成物は、適当な溶媒に溶解されて溶液状態で用いられる。例えば共重合体[A]または付加共重合体[B]ならびに必要に応じて添加されるその他の成分を、所定の割合で混合することにより、溶液状態の熱硬化性組成物を調製することができる。
次に、本発明の熱硬化性組成物を用いて本発明の固体撮像素子のハレーション防止膜を形成する方法について説明する。
[1]基板上に上記の熱硬化性組成物の塗膜を形成する工程。
上記のようにして基板上に形成された塗膜は、次いで加熱処理工程を実施することにより、本発明の固体撮像素子のハレーション防止膜とすることができる。
上記のようにして形成された本発明の固体撮像素子のハレーション防止膜は、当該ハレーション防止膜の上にカラーフィルターやマイクロレンズを形成する際の露光工程において、下地基板からの乱反射光を効果的に抑制でき、かつ高度の耐熱性を有する。そのため本発明の固体撮像素子のハレーション防止膜上に形成されたカラーフィルターやマイクロレンズは所望の形状、サイズのものとすることができる。
本発明の固体撮像素子は、上記のハレーション防止膜を有する。
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)6重量部およびジエチレングリコールエチルメチルエーテル200重量部を仕込んだ。引き続きスチレン13重量部、テトラヒドロー2H―ピラン−2−イルメタクリレート20重量部、メタクリル酸グリシジル40重量部およびシクロヘキシルマレイミド22重量部、単量体(a2−1)(大塚化学(株)製、商品名「RUVA−93」)5重量部を仕込み窒素置換した後ゆるやかに撹拌を始めた。溶液温度を70℃に上昇させ、この温度を5時間保持し共重合体(A−1)を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は、33.0重量%であった。また、共重合体(A−1)の重量平均分子量(Mw)は、6,000であった。
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3重量部およびジエチレングリコールエチルメチルエーテル200重量部を仕込み、引き続き、メタクリル酸グリシジル45重量部、無水マレイン酸15重量部、N−シクロヘキシルマレイミド15重量部およびスチレン15重量部、単量体(a2−1)(大塚化学(株)製、商品名「RUVA−93」)10重量部を仕込んで窒素置換したのち、ゆるやかに攪拌して、反応溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を保持して5時間重合した。その後、i−プロピルビニルエーテル30重量部を滴下し、攪拌しつつ、2時間反応させることにより、共重合体(A−2)を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は、33.2重量%であった。また、共重合体(A−2)の重量平均分子量(Mw)は、15,000であった。
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8重量部およびジエチレングリコールエチルメチルエーテル200重量部を仕込み、引き続き、メタクリル酸グリシジルメチル45重量部、メタクリル酸15重量部、N−シクロヘキシルマレイミド15重量部およびスチレン15重量部、単量体(a2−2)10重量部を仕込んで窒素置換したのち、ゆるやかに攪拌して、反応溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を保持して5時間重合し、共重合体(A−3)を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は、33.2重量%であった。また、共重合体(A−3)の重量平均分子量(Mw)は、4,000であった。
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)4重量部およびジエチレングリコールエチルメチルエーテル200重量部を仕込み、引き続き、メタクリル酸メチルグリシジル45重量部、無水マレイン酸15重量部、N−シクロヘキシルマレイミド12.5重量部およびスチレン12.5重量部、単量体(a2−2)15重量部を仕込んで窒素置換したのち、ゆるやかに攪拌して、反応溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を保持して5時間重合した。その後、i−プロピルビニルエーテル30重量部を滴下し、攪拌しつつ、2時間反応させることにより、共重合体(A−4)を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は、33.1重量%であった。また、共重合体(A−4)の重量平均分子量(Mw)は、10,000であった。
冷却管と攪拌機を備えたフラスコに、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)6重量部およびジエチレングリコールエチルメチルエーテル200重量部を仕込み、引き続き、メタクリル酸グリシジル45重量部、アクリル酸15重量部、N−シクロヘキシルマレイミド15重量部およびスチレン25重量部を仕込んで窒素置換したのち、ゆるやかに攪拌して、反応溶液の温度を70℃に上昇させ、この温度を保持して5時間重合し、共重合体(A−3)を含む重合体溶液を得た。得られた重合体溶液の固形分濃度は、33.2重量%であった。また、共重合体(R−1)の重量平均分子量(Mw)は、6,000であった。
上記合成例1で合成した共重合体[A−1]を含む重合体溶液の共重合体[A−1]100重量部(固形分)に相当する量を、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル100重量部で希釈した後、接着助剤としてγ−グリシドキシプロピルエトキシシラン5重量部および、界面活性剤としてSH28PA(シリコン系界面活性剤、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製)0.075重量部を添加し十分に攪拌することにより、熱硬化性組成物[S−1]を得た。
ガラス基板上に、上記で調製した硬化性組成物[S−1]を、スピンコータを用いて塗布し、ホットプレートにより230℃、6分間の加熱処理し、膜厚1.6μmのハレーション防止膜を形成した。
(1)光線透過率
上記のようにして形成したハレーション防止膜を有する基板について、分光光度計150−20型ダブルビーム(日立製作所(株)製)を用いて365nmおよび400nmの透過率を測定した。次いで、ホットプレートにて180℃、230℃および250℃、20分間の追加加熱を行った後、同様に365nmおよび400nmの透過率を測定した。これらの値を表1に示した。365nmの透過率が70%以下のとき、ハレーション防止性能、すなわちカラーフィルターやマイクロレンズを形成する際の露光工程における下地基板からの乱反射光を抑制する効果が優れているといえる。また、400nmの透過率が95%以上のとき、可視光線の透過率が良好であるといえる。
上記のようにして形成したハレーション防止膜を有する基板上に、スピンナーを用いて、マイクロレンズ材料(JSR(株)製、商品名「MFR−380」)を塗布した後、100℃にて90秒間ホットプレート上でプレベークして膜厚2.5μmの塗膜を形成した。得られた塗膜に4.0μmドット・2.0μmスペ−スパタ−ンを有するパターンマスクを介してニコン(株)製NSR1755i7A縮小投影露光機(NA=0.50、λ=365nm)で2,200J/m2の露光量にて露光を行い、1重量%のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液にて23℃、1分間揺動浸漬法にて現像した。次いで23℃にて超純水で30秒間流水リンスし、乾燥して基板上のハレーション防止膜上にパターンを形成した。
実施例1において、共重合体[A]として共重合体[A−1]を含有する溶液の代わりに表1に記載した共重合体を含有する溶液を固形分換算で100重量部添加し、界面活性剤であるSH28PA(シリコン系界面活性剤、東レ・ダウコーニング・シリコーン(株)製)および接着助剤であるγ−グリシドキシプロピルエトキシシランの添加量をそれぞれ表1に記載の通りとした他は実施例1と同様に実施した。
また、各実施例で形成されたハレーション防止膜の膜厚は、表1に示した。
評価結果は表1に示した。
実施例1において、共重合体[A−1]を含有する溶液の代わりに上記比較合成例1で合成した共重合体[R−1]を含有する溶液を固形分換算で100重量部添加し、また放射線吸収剤としてのチヌビン234(チバガイギー(株)製)を10重量部添加した他は実施例1と同様に実施した。なお、ここで形成したハレーション防止膜の膜厚は、1.6μmであった。
評価結果を表1に示す。
Claims (6)
- (a1)エポキシ基含有不飽和化合物、(a2)放射線吸収性ラジカル重合性化合物および(a3−2)カルボン酸のアセタールエステル構造およびカルボン酸のケタールエステル構造からなる群から選らばれる少なくとも1種の構造を有する重合性不飽和化合物、を含有する単量体混合物の共重合体であって、上記エポキシ基含有不飽和化合物(a1)から誘導される構成単位を10〜70重量%、上記放射線吸収性ラジカル重合性化合物(a2)から誘導される構成単位を1〜40重量%および上記重合性不飽和化合物(a3−2)から誘導される構成単位を5〜60重量%で含有する共重合体を含有し、そして上記放射線吸収性ラジカル重合性化合物(a2)が、下記式(2)、(3)および(4)のそれぞれで表わされる化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、ことを特徴とする熱硬化性組成物。
- (a1)エポキシ基含有不飽和化合物、(a2)放射線吸収性ラジカル重合性化合物および(a3−1)重合性不飽和多価カルボン酸無水物を含有する単量体混合物の共重合体の酸無水物基に、ビニルエーテル化合物またはビニルチオエーテル化合物を付加せしめて得られた、カルボン酸のアセタール構造またはチオアセタール構造を有する付加共重合体であって、上記エポキシ基含有不飽和化合物(a1)から誘導される構成単位を10〜70重量%、上記放射線吸収性ラジカル重合性化合物(a2)から誘導される構成単位を1〜40重量%および上記重合性不飽和多価カルボン酸無水物(a3−1)の酸無水物基にビニルエーテル化合物またはビニルチオエーテル化合物が付加して得られた、カルボン酸のアセタール構造またチオアセタール構造を有する構成単位を5〜60重量%で含有する付加重合体を含有し、そして上記放射線吸収性ラジカル重合性化合物(a2)が請求項1に記載の前記式(2)、(3)および(4)のそれぞれで表わされる化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種である、ことを特徴とする熱硬化性組成物。
- 固体撮像素子のハレーション防止膜の形成用である請求項1または2に記載の熱硬化性組成物。
- 少なくとも以下の工程[1]および[2]を含むことを特徴とする、固体撮像素子のハレーション防止膜の形成方法。
[1]基板上に請求項3に記載の組成物の塗膜を形成する工程、
[2]該塗膜を加熱処理する工程。 - 請求項4に記載の方法により形成された固体撮像素子のハレーション防止膜。
- 請求項5に記載のハレーション防止膜を有する固体撮像素子。
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